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dc.contributor.advisor 손상혁 -
dc.contributor.author Byungjin Ko -
dc.date.accessioned 2022-07-07T02:29:14Z -
dc.date.available 2022-07-07T02:29:14Z -
dc.date.issued 2021 -
dc.identifier.uri http://dgist.dcollection.net/common/orgView/200000364453 en_US
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/20.500.11750/16697 -
dc.description.abstract Cooperative-intelligent transportation systems (C-ITS) are a powerful solution to handle the problems of the transportation sector such as traffic incidents, traffic congestions, air pollution, and global warming. Ultimately, C-ITS have been developed for the safety and efficiencies of road and fuel. Using advanced vehicular communications such as dedicated short-range communication (DSRC) or cellular communication, vehicles and road infrastructures cooperate for the safety and the efficiencies, unlike the traditional intelligent transportation systems (ITS). Therefore, in C-ITS, it is important for the vehicles and the road infrastructures to retrieve necessary information in a timely manner. To achieve several goals of C-ITS (e.g., the safety and the efficiencies of road and fuel), we aim for service efficiency, fuel efficiency, and effective attack detection. To this end, we propose the following approaches. First, we introduce a data dissemination system in a bidirectional road scenario for efficient data services. Second, we propose an eco-driving guidance and eco-signal system to reduce fuel consumption and improve traffic flow at signalized intersections. Third, we investigate speed harmonization and merge control to manage the mixed traffic that consists of human-driven vehicles and connected automated vehicles (CAVs) at the bottleneck areas on highways. Finally, we propose a method to detect malicious information attacks in platoons. Through a field or realistic simulation test, we evaluate the performance of our approaches and demonstrate the trustable results. Our proposed data dissemination system contributed to improving the service efficiency by enhancing vehicle-to-vehicle (V2V) data sharing. We effectively reduced the fuel consumption at the signalized intersection, comparing to a scenario without the eco-guidance, improving the traffic flow using the eco-signal mechanism. In the merge areas on highways, CAVs effectively reduced the fuel consumption by controlling the arrival speed of mixed traffic using the speed harmonization -
dc.description.abstract the merge control alleviated the congestion level by assigning priority to vehicles at the merge area. Using our proposed attack detection method, we can quickly detect various attacks regarding attack duration, falsification size, and falsified information. To sum up, our approaches enhance the safety and improve the efficiencies of fuel and data service effectively, in realizing the potential of safe and efficient C-ITS. -
dc.description.statementofresponsibility N -
dc.description.tableofcontents 1 Introduction 1
1.1 Motivation 1
1.2 Objectives 3
1.3 Challenges 6
1.4 Approaches 8
1.5 Dissertation Contributions 10
1.5.1 RSU-assisted Adaptive Scheduling for Vehicle-to-Vehicle Data Sharing in Bidirectional Road Scenarios 11
1.5.2 Field Evaluation of Vehicle to Infrastructure Communication-Based Eco-Driving Guidance and Eco-Signal System 12
1.5.3 Speed harmonization and merge control using connected automated vehicles on a highway lane closure: A reinforcement learning approach 13
1.5.4 An Approach to Detecting Malicious Information Attacks for Platoon Safety 14
1.6 Dissertation Organization 14
2 RSU-assisted Adaptive Scheduling for Vehicle-to-Vehicle Data Sharing in Bidirectional Road Scenarios 16
2.1 Introduction 16
2.2 Related Work 20
2.3 System Architecture 23
2.4 Hybrid Centralized and Ad hoc data scheduling (HCA) problem 28
2.5 RSU Cooperation-based Adaptive Scheduling (RCAS) Algorithm 31
2.5.1 Centralized data scheduling 32
2.5.2 Dynamic clustering mechanism 38
2.5.3 Ad hoc data scheduling via V2V communication 43
2.6 Performance Evaluation 45
2.6.1 Setup 45
2.6.2 Simulation Results 48
2.7 Summary 53
3 Field Evaluation of Vehicle to Infrastructure Communication based Eco-driving Guidance and Eco-signal System 54
3.1 Introduction 54
3.2 Proposed System 57
3.2.1 System architecture 58
3.2.2 Eco-guidance and eco-signal mechanisms 59
3.3 Evaluations and Results 67
3.3.1 Test scenarios 68
3.3.2 Test results 71
3.4 Summary 78
4 Speed harmonization and merge control using connected automated vehicles on a highway lane closure: A reinforcement learning approach 81
4.1 Introduction 81
4.2 Related Works 86
4.3 Reinforcement Learning 89
4.3.1 Q-Learning 89
4.3.2 DQN 91
4.4 Methodology 92
4.4.1 Test Environment of Vehicles and Highway 93
4.4.2 DQN Framework 94
4.5 Performance Evaluation 106
4.5.1 Simulation Setup 106
4.5.2 State of the Practice Algorithms 108
4.5.3 Performance Evaluation 109
4.6 Summary 118
5 An Approach to Detecting Malicious Information Attacks for Platoon Safety 120
5.1 Introduction 120
5.2 Related Work 123
5.3 Platoon and Attack Models 127
5.3.1 Platoon model 128
5.3.2 Attack models 130
5.4 Methodology 133
5.4.1 Architecture of LMID 133
5.4.2 Training/Test data sets 135
5.5 Performance Evaluation 137
5.5.1 Setup 138
5.5.2 Evaluation results 141
5.6 Summary 149
6 Conclusions 151
References 164
Summary in Korean 180
-
dc.format.extent 181 -
dc.language eng -
dc.publisher DGIST -
dc.subject Cooperative-intelligent transportation systems, Data dissemination, Eco-driving guidance, Eco-signal, Speed harmonization, Merge control, Malicious information attack detection -
dc.title Approaches for High Efficiency and Safety in Cooperative-Intelligent Transportation Systems -
dc.type Thesis -
dc.identifier.doi 10.22677/thesis.200000364453 -
dc.description.alternativeAbstract 차세대 지능형교통시스템은 (C-ITS) 교통사고, 교통혼잡, 공기 오염, 지구온난화와 같은 교통 분야에서 발생하는 문제들을 해결하기 위해 효과적으로 사용될 수 있는 시스템이다. 이러한 차세대 지능형교통시스템은 안전성과 연료 및 도로 효율성을 개선하는 것을 궁극적인 목표로 하고 있다. 전통적인 지능형교통시스템과는 달리 차세대 지능형교통시스템에서는 차량의 단거리 전용통신이나 셀룰러 이동통신과 같은 발전된 통신기술들을 통해 여러 차량과 도로 구조물 간 협업의 중요성을 강조한다. 이러한 협업을 통해 교통의 안전과 효율성이 개선되게 된다. 그러므로 여러 차량과 도로 구조물이 교통시스템의 원활한 작동을 위해 필수적인 정보들을 제시간에 받을 수 있도록 하는 것은 매우 중요하다. 본 논문에서는 다음과 같은 방법을 통해 차세대 지능형교통시스템의 궁극적인 목적들을 이루고자 한다. 첫째, 양방향 도로환경에서 데이터 서비스의 효율성을 증가시키기 위한 데이터 분배 시스템을 제안한다. 둘째, 신호등이 있는 교차로에서 연료 효율성뿐만 아니라 교통의 흐름을 개선하기 위한 에코드라이브 안내와 에코 신호 시스템을 제안한다. 셋째, 무인차량과 유인 차량이 공존하는 고속도로 병목 지점에서 발생하는 교통체증과 연료 효율성 문제를 해결하기 위한 속도유지기법과 차량 합류기법을 제안한다. 넷째, 고속도로에서 도로효율뿐만 아니라 연료 효율성을 높여주는 소대별 차량운행기술의 안전을 위해 허위정보공격감지기법을 제안한다. 이러한 기법들을 평가하기 위해 실제 차량을 이용한 현장실험 또는 현실성을 반영한 시뮬레이션 실험이 행해졌고 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다. 우선 데이터 분배기술을 통해 차량 간의 정보교환을 극대화함으로써 데이터 서비스의 효율성을 증가시킬 수 있었다. 또한, 에코드라이브 안내와 에코 신호 시스템의 유무를 비교함으로써 에코드라이브 안내 기법이 연료소비 감소에서 큰 기여를 할 수 있다는 점과 에코 신호 시스템이 교통의 혼잡을 줄이는 데 큰 역할을 할 수 있다는 점을 확인할 수 있었다. 게다가 고속도로에서 무인차량은 속도유지 기법을 통해 다른 차량들이 병목 지점에 도달하는 속도를 조절함으로써 연료소비 효율성 증대에 기여할 수 있었다. 그리고 차량 합류기법을 통해 무인차량에 합류 우선순위를 부여함으로써 합류지점에서의 혼잡도를 효과적으로 감소시킬 수 있음을 확인하였다. 마지막으로 제안된 공격탐지기법을 통해 공격 주기, 거짓 정보 종류와 그 크기에 관한 다양한 유형의 공격들을 제 빨리 탐지할 수 있음을 확인할 수 있었다. -
dc.description.degree Doctor -
dc.contributor.department Information and Communication Engineering -
dc.contributor.coadvisor Byungkyu Brian Park -
dc.date.awarded 2021/02 -
dc.publisher.location Daegu -
dc.description.database dCollection -
dc.citation XT.ID 고44 202102 -
dc.contributor.alternativeDepartment 정보통신융합전공 -
dc.embargo.liftdate 2024-02-29 -
dc.contributor.affiliatedAuthor Byungjin Ko -
dc.contributor.affiliatedAuthor Sang Hyuk Son -
dc.contributor.affiliatedAuthor Byungkyu Brian Park -
dc.contributor.alternativeName 고병진 -
dc.contributor.alternativeName Sang Hyuk Son -
dc.contributor.alternativeName 박병규 -
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Department of Electrical Engineering and Computer Science Theses Ph.D.

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